Τι είναι το Young’s Modulus;

Το μέτρο του Young είναι ένα μέτρο του πόσο δύσκολο είναι να συμπιεστεί ένα υλικό, όπως ο χάλυβας. Μετρά την πίεση και συνήθως υπολογίζεται σε πασκάλ (Pa). Χρησιμοποιείται πιο συχνά από τους φυσικούς για να προσδιορίσουν την καταπόνηση, μια μέτρηση του τρόπου με τον οποίο ένα υλικό ανταποκρίνεται σε μια πίεση, όπως η συμπίεση ή το τέντωμα.
Οι διατομικές δυνάμεις ή οι δυνάμεις που συγκρατούν ένα υλικό μαζί συνδέονται στενά με την κατανόηση αυτής της μέτρησης. Τα άτομα σε ένα στερεό ασκούν και απωθητικές ή αρνητικές και ελκυστικές ή θετικές δυνάμεις το ένα στο άλλο. Οι δυνάμεις που δημιουργούν τα άτομα επιτυγχάνουν ισορροπία μόνο όταν είναι τέλεια διαχωρισμένα. Για παράδειγμα, εάν τα άτομα ωθούνται πολύ κοντά μεταξύ τους ή εάν είναι πολύ μακριά μεταξύ τους, τα άτομα δεν θα βρίσκονται πλέον σε τέλεια ισορροπία. Μόλις δεν είναι πλέον σε ισορροπία, θα αντιταχθούν στην ενέργεια που τους εφαρμόζεται.

Όσο πιο άκαμπτες είναι οι διατομικές δυνάμεις, τόσο μεγαλύτερη θα είναι η τιμή συντελεστή του Young και τόσο περισσότερο το υλικό θα αντιτίθεται στη δράση. Για παράδειγμα, εάν οι διατομικές δυνάμεις είναι δύσκαμπτες, τότε αυτή η μέτρηση θα είναι μεγάλη και το υλικό δεν θα συρρικνωθεί τόσο πολύ όταν συμπιέζεται.

Όταν μελετά τη φυσική του χάλυβα, ένας επιστήμονας πρέπει πρώτα να θυμάται ότι ο χάλυβας αποτελείται κυρίως από άτομα σιδήρου. Κατά συνέπεια, ο συντελεστής χάλυβα του Young είναι περίπου ο ίδιος με τον συντελεστή σιδήρου του Young. Δεδομένου ότι ο συντελεστής σιδήρου του Young είναι 195,000,000,000 Pa ή 195 gigapascals (GPa), θεωρείται ότι είναι πολύ μεγάλο και πολύ δύσκολο να συμπιεστεί.

Η κατανόηση ότι ο χάλυβας είναι εξαιρετικά δύσκολο να συμπιεστεί είναι σημαντική στην καθημερινή ζωή. Για παράδειγμα, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή κτιρίων και να μην συμπιεστεί, καταστρέφοντας την ακεραιότητα της δομής του κτιρίου. Ένας κύβος από χάλυβα που έχει μόνο 1 μέτρο (3.28 πόδια) σε πλάτος, ύψος και βάθος, θα συμπιέζει μόνο περίπου ένα μικρό ενώ θα αντέχει το βάρος ενός σχολικού λεωφορείου, λόγω της πίεσης που μπορεί να αντέξει. Συγκριτικά, ένας κύβος που αποτελείται από τις ίδιες διαστάσεις και είναι κατασκευασμένος από μόλυβδο έχει χαμηλότερη τιμή για το μέτρο του Young. Ο κύβος του μολύβδου θα συμπιέζεται 14 φορές περισσότερο από τον ατσάλι.

Το μέτρο του Young μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί στον υπολογισμό της τάσης, όπου τα άτομα απομακρύνονται αντί να συμπιέζονται μεταξύ τους. Σε αυτές τις περιπτώσεις, το στέλεχος είναι αρνητικό επειδή τα άτομα τεντώνονται αντί να συμπιέζονται. Η κύρια έννοια που πρέπει να γίνει κατανοητή είναι ότι σε κάθε περίπτωση είναι ότι η ακαμψία των δυνάμεων μεταξύ των ατόμων που μετράται — είτε συμπιέζονται είτε τεντώνονται. Κατά συνέπεια, η πίεση που υπολογίζεται για το μέτρο του Young δεν αλλάζει για κανένα από τα δύο είδη μέτρησης.